王明旭 于海章 劉勇先

（遼陽石化分公司尼龍廠醇酮一車間 遼寧遼陽）

1.泵參數(shù)與結(jié)構(gòu)

泵型號ECP40-200，機(jī)械密封DTM35。輸送介質(zhì)中含有酸水。額定轉(zhuǎn)數(shù)2900 r/min，流量是4.8 m3/h，揚(yáng)程56 m，電機(jī)功率7 kW，工作溫度60℃。泵采用3軸承懸臂支撐結(jié)構(gòu)，7306軸承2架用于承受軸向力，6207軸承1架用于承受徑向力。葉輪形式為閉式葉輪，葉輪背面沒有用于平衡軸向力的副葉輪。過流部件的材料是Z8CNDT17.12，可以采用美標(biāo)的316L替代。葉輪軸頭螺紋M12。國產(chǎn)的軸頭螺紋都有退刀槽結(jié)構(gòu)。

2.故障

設(shè)備基本上是1個月更換1套機(jī)械密封，2個月更換1根軸及軸承等部件，軸的損壞形式都在軸頭根部退刀槽部位發(fā)生斷裂，軸套也經(jīng)常更換，軸套的損壞形式是軸套與密封接觸部位磨損，導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏。

3.原因分析

（1）軸頭受力分析及計算。正常情況下對軸頭部位進(jìn)行受力分析，所承受葉輪對它的軸向力和葉輪螺母預(yù)緊力。葉輪軸向力由于入口側(cè)壓力與背面壓力不同和前后兩側(cè)液體密封泄漏不相同等因素，使葉輪兩側(cè)蓋板壓力分布也不相同，因此作用于后蓋板的壓力較大，必然產(chǎn)生一個指向入口的力稱為軸向力F1。同時液體流入葉輪入口從葉輪出口留出，液體流動速度大小和方向均發(fā)生變化，這個速度變化產(chǎn)生一種動反力F2，此力也是軸向力，但是方向于F1相反。兩個力的合力就是軸頭所受的軸向外力，如圖1所示。

經(jīng)計算得（公式略）F1=1576.165 N；F2=0.22 N；軸向外力F=F1-F2=1575.945 N；經(jīng)強(qiáng)度校核計算得許用應(yīng)力為13.94 MPa，查316L不銹鋼在60℃時的許用應(yīng)力為520 MPa，由此可見正常負(fù)載下實(shí)際應(yīng)力低于其許用應(yīng)力。

圖1 軸頭受力圖

（2）從軸頭斷裂的位置分析。泵軸斷裂的部位位于軸頭螺紋的退刀槽部位。該軸在加工過程中為了加工軸頭螺紋，一般是先加工退刀槽后再加工螺紋，容易造成應(yīng)力集中，降低了軸的強(qiáng)度。

（3）工藝操作情況分析。由于泵的調(diào)節(jié)采用的是出口自控閥調(diào)節(jié)泵的實(shí)際流量，自控閥經(jīng)常故障，導(dǎo)致泵流量經(jīng)常不穩(wěn)定，甚至有時泵處在出口閥關(guān)閉的情況下運(yùn)行，之后又突然閥門大開，導(dǎo)致泵出口流量波動劇烈，葉輪軸向受力不穩(wěn)定。同時泵振動增大，其中軸套的損壞就是最好的證據(jù)。

4.改進(jìn)措施與效果

軸斷裂的位置在軸最細(xì)處是應(yīng)力集中的位置并且還有退刀槽，故將軸頭螺紋增大到M16。為避免應(yīng)力集中，加工螺紋時采用光滑過度，采用大圓角或不留退刀槽；在加工到螺紋最后幾個齒時，讓刀具緩慢推出等工藝措施。由于軸頭直徑發(fā)生變化，把葉輪的輪轂直徑也相應(yīng)變大，葉輪重新做動平衡試驗(yàn)，確保設(shè)備本身振動值符合要求。在設(shè)備改造的同時也要求工藝操作趨于平穩(wěn)。

經(jīng)過6個多月追蹤觀察，泵運(yùn)行平穩(wěn)，未再發(fā)生軸斷裂故障?，F(xiàn)在降低了軸及軸承的更換頻率，同時機(jī)械密封每年少更換6套，每年可節(jié)省費(fèi)用3.12萬元。